氢气换热介质单金属氢化物做功系统的制作方法

文档序号:20348540发布日期:2020-04-10 22:48阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:所述系统包括b1金属储氢反应床(1)、b2金属储氢反应床(2)、氢气液化器(3)、a空气换热器(6)、a氢气换热器(7)、高压氢气循环泵(10)、氢气膨胀机(8)、液氢高压泵(4)和制冷单元(5);所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)分别设有吸氢进口(22)、放氢出口(21)、换热进口(24)和换热出口(23);所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的放氢出口(21)经高压氢气管道通过氢气液化器(3)连接到液氢高压泵(4),所述液氢高压泵(4)出口依次通过制冷单元(5)、a空气换热器(6)和a氢气换热器(7)的壳程连接到氢气膨胀机(8)的进口,所述氢气膨胀机(8)的出口分别连接到b2金属储氢反应床(2)和b1金属储氢反应床(1)的吸氢进口(22);所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的换热出口(23)经供热高压氢气管道通过高压氢气循环泵(10)连接到a氢气换热器(7)的换热管程进口,a氢气换热器(7)的换热管程出口连接到b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床2的换热入口(24)。

2.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:所述系统设有b空气换热器(14)、液氮高压泵(13)、氮气膨胀机(16)和b氢气换热器(15),所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)设有液氮出口(25)和氮气进口(26);所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的换热出口(23)经供热高压氢气管道通过高压氢气循环泵(10)分为两路,一路经a氢气换热器(7)的换热管程连接到b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的换热入口(24),另一路经b氢气换热器(15)的管程连接到b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的换热入口(24);所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的液氮出口(25)经液氮高压泵(13)、b空气换热器(14)和b氢气换热器(15)的壳程连接到氮气膨胀机(16)入口,所述氮气膨胀机(16)出口连接到b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)氮气入口(26)。

3.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:所述系统设有液氧生产单元(12)和低压氢气循环泵(11),所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的换热出口(23)的一路经供冷低压氢气管道通过低压氢气循环泵(11)连接到液氧生产单元(12)的换热管程进口,所述液氧生产单元(12)的换热管程出口连接到b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)的换热入口(24)。

4.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:所述氢气液化器(3)设有换热盘管,所述制冷单元(5)与氢气液化器(3)的换热盘管循环连接。

5.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:所述b1金属储氢反应床(1)和b2金属储氢反应床(2)内装填的金属氢化物相同,装填量允许相同也允许不同,通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作;单个金属储氢反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余,这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求,其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整(1倍冗余当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量)。

6.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:所述系统设有保护罩(28),所述保护罩(28)设有可燃性气体报警器(29)、温度调节器(31)和充氮入口(27),充氮入口设有阀门,保护罩内填充的气体包括但不限于氢气、氮气、氦气。

7.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外,还可以使用其他气体作为循环换热介质;此外,还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物,代替氢气作为做功系统的循环换热介质;换热方式既可以直接换热,也可以间壁换热,间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物;温度正相关的金属氢化物做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量,低温放出低压氢气释放低温冷量。

8.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:在高温时吸收做功氢气放出高温热量,利用换热氢气将以上热量传递给a氢气换热器(7)和b氢气换热器(15)用来做功氢气和做功氮气的升温;只是低温放出的氢气参与膨胀机做功,换热氢气不参与膨胀机的做功;系统至少存在三个负压单元,一个是金属氢化物的负压,一个是氢气的负压,另一个是氮气的负压;低温下的氮气换热就是利用金属氢化物低温放出低压氢气时吸热,将金属氢化物产生的低温冷量用来冷却氮气进行液化;系统设备和管道设有外保温、内保温、内外保温。

9.根据权利要求1所述的氢气换热介质单金属氢化物做功系统,其特征是:至少有一种金属氢化物组成循环做功系统,包括金属氢化物在内的至少两个至三个的负压单元组成的循环做功系统,至少一种金属氢化物进行高低压切换时包括但不限于是温度正相关的循环做功系统;金属氢化物的高温点包括但不限于要高于环境温度,金属氢化物的低温点包括但不限于接近氢气的液化温度。


技术总结
本发明涉及一种氢气换热介质单金属氢化物做功系统,包括B1金属储氢反应床、B2金属储氢反应床、氢气膨胀机、A空气换热器、A氢气换热器和制冷单元。B1金属储氢反应床和B2金属储氢反应床的放氢出口通过氢气液化器、液氢高压泵、制冷单元、A空气换热器、A氢气换热器和氢气膨胀机连接到B2金属储氢反应床和B1金属储氢反应床的吸氢进口。B1金属储氢反应床和B2金属储氢反应床的换热出口通过高压氢气循环泵、A氢气换热器的换热管程连接到B1金属储氢反应床和B2金属储氢反应床的换热入口。本发明利用金属氢化物的吸氢/放氢特性,通过膨胀机做功,驱动做功设备或带动发电机发电,充分利用大自然能量及工业余热,有利于节能减排和创造经济效益。

技术研发人员:贾鹏
受保护的技术使用者:上海柯来浦能源科技有限公司
技术研发日:2019.11.12
技术公布日:2020.04.10
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